Смазочно-охлаждающие технологические средства

Выбор смазочно-охлаждающих технологических средств

Пластические деформации и трение, возникающие в процессе резания, вызывают очень высокие давления и температуру в зоне резания. В ряде случаев этот нагрев играет положительную роль, смягчая обрабатываемый материал в зоне резания. Но в большинстве случаев высокая температура в зоне резания приводит к быстрому износу инструмента.

Для уменьшения сил трения, температуры в зоне резания и увеличения стойкости инструмента применяются различные смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) — сложные многокомпонентные системы органических и неорганических веществ. В промышленных масштабах производятся масляные СОТС, эмульсолы, синтетические и полусинтетические СОТС.

Масляные СОТС представляют собой высокоочищенпые минеральные масла вязкостью 0,0002—0,004 м²/с при 50 °C, без присадок или с присадками различного функционального назначения. Наиболее часто встречаются следующие присадки:

• • для снижения коэффициента трения (типа растительных и животных жиров, эфиров жирных кислот);
• • противозадирные (типа хлорпарафина и сульфированных жиров);
• • противоокислительные (тина алкилзамещенных фенолов);
• • противокоррозионные (типа бензотриазола, сульфоната кальция);
• • антигуманные (на основе различных полимеров).

Эмульсолы (растворимые масла) представляют собой подобранные специальным образом смеси минеральных масел, эмульгаторов, ингибиторов коррозии и других компонентов.

Как правило, они содержат 50—85% нефтяной основы, а в качестве эмульгаторов — мыла жирных кислот, сульфонаты и оксиэтилированные жирные спирты. Кроме того, они могут содержать биоциды для повышения микробоустойчивости и алканоламины для увеличения резерва щелочности.

Эмульсии на основе растворимых масел обладают лучшими охлаждающими свойствами по сравнению с масляными СОТС и при этом менее дорогие. Однако они не лишены недостатков. В частности, они могут образовывать трудноудаляемые отложения на технологическом оборудовании и инструменте, имеют незначительный срок службы и подвержены воздействию микроорганизмов, повреждающих эмульгаторы и ингибиторы коррозии. Как правило, усложнение рецептур, повышение качества используемого сырья частично позволяет решить эксплуатационные проблемы, но одновременно затрудняет утилизацию СОТС.

Синтетические СОТС не содержат в своем составе минеральных масел.

Существует две группы синтетических технологических средств: на основе водорастворимых полимеров и на основе композиций поверхностно-активных веществ. Все они имеют наилучшие охлаждающие свойства, особенно эффективны при высоких скоростях резания. Поскольку синтетические СОТС не содержат масел, то они не образуют туман в зоне резания. Отсутствие эмульгаторов способствует отторжению посторонних масел при утечках гидросистем. К недостаткам можно отнести слабую смазывающую способность, склонность к пенообразованию и способность образовывать липкие осадки на станках и оборудовании, агрессивность к лакокрасочным покрытиям и резинотехническим изделиям.

В состав синтетических СОТС могут входить сополимеры оксида этилена или пропилена, амиды, органические эфиры жирных и борной кислот, пластификаторы, комплексоны, биоциды, пеногасители.

Полусинтетические СОТС занимают промежуточное положение между эмульсолами и синтетическими жидкостями. Содержание минеральных масел в таких концентратах составляет 10—30%. Эти жидкости могут содержать в большом количестве органические и неорганические вещества: алканоламины, бораты, мыла жирных кислот, фосфаты, амиды, спирты, смачиватели и биоциды. Такие составы образуют прозрачные или полупрозрачные микроэмульсии, обладают хорошими смазочными и противокоррозионными свойствами и длительным сроком службы. Однако полусинтетические жидкости имеют большую склонность к пенообразованию и недостаточно устойчивы в жесткой воде.

Охлаждающие газы могут не только отнимать теплоту при снижении давления, но и оказывать химическое воздействие на зоны резания (С0₂, СС1₄).

Адсорбция — это самопроизвольно протекающий диффузионный процесс поглощения газа, жидкости или растворенного вещества поверхностью твердого тела.

Как правило, поверхность твердого тела покрыта адсорбционным слоем газообразного, жидкого или твердого вещества, заметно влияющего на процесс трения. Хорошо очищенные поверхности металлов, лишенные этого слоя, с большим трудом перемещаются друг относительно друга и при соответствующем давлении могут срастись.

Стабильная масляная пленка получается лишь при наличии активных молекул, обладающих сродством с металлами. Опыты показали, что пленка из чистого минерального масла плохо пристает к металлической поверхности. Но то же масло с примесями жирных кислот может служить прекрасной смазкой.

Работы П. А. Ребиндера показали, что смазочные свойства жидкостей, т. е. способность адсорбироваться на поверхности, тесно связаны со способностью жидкости проникать в микроскопические трещины и при этом способствовать диспергированию (разрушению срезаемого слоя металла). Согласно исследованиям П. А. Ребиндера, удлиненные молекулы поверхностно-активных веществ, проникая в трещины, ориентируются полимерными концами нормально к стенкам трещины, оказывая давление силой, и перемещаются в глубь «тупика», вызывая расклинивающий эффект. Одновременно смазывающая жидкость помогает внутрикристаллическому скольжению частиц металла, облегчая процесс пластической деформации. Эго подтвердили опыты Ребиндера, когда при весьма малых добавках поверхностно-активных веществ к смазывающей жидкости заметно изменился вид срезаемой стружки: элементарная стружка скалывания превратилась в сливную. Адсорбированные примеси в смазке существенно облегчают деформацию тела, когда преобладает растягивающее напряжение. Однако при этом адсорбированные примеси, облегчая процесс резания, разрушают режущую кромку инструмента, так как она подвергается напряжению сжатия.

Проявление эффектов влияния технологических средств на процесс резания и изнашивания режущего инструмента возможно лишь при условии проникновения их на поверхности контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом. При низких скоростях резания контакт режуще;

Таблица 5.1

Сравнение операций механической обработки.

го инструмента и обрабатываемого материала не сплошной: вся зона его испещрена мельчайшими порами (капиллярами) размером от долей микрометра до нескольких десятков микрометров. Периодическое торможение и остановка отдельных объемов срезаемого слоя металла на поверхности режущего инструмента вызывают образование вакуумных полостей, способствующих проникновению смазочной жидкости или иной технологической среды в зону резания и образованию смазочных слоев на поверхностях контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом.

Таблица 5.2

Рекомендации по выбору смазочно-охлаждающих технологических средств.

Вопросы выбора СОТС в основном базируются на опыте их применения и результатах испытаний в конкретных условиях. В табл. 5.1 приведено сравнение операций механической обработки с учетом влияния смазывающих и охлаждающих свойств.

В табл. 5.2 приведены общие рекомендации по выбору СОТС.